陈少全 杨小森 王永吉

(1甘肃路桥公路投资有限公司;2甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州 730030)

路面压实质量动态监控系统应用研究

陈少全1杨小森2王永吉2

(1甘肃路桥公路投资有限公司;2甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州 730030)

本文依托临洮至渭源高速公路建设项目，采用路面压实质量动态监控系统对沥青路面现场施工的质量进行实时监控，将传统施工质量控制采用的“事后控制”模式转变为“过程中控制”及“提前预警”，把采集的质量数据及时展现给项目管理者及技术人员，极大提高了路面的施工质量及管理水平。研究结果表明：通过对热拌沥青混合料的碾压温度、碾压遍数、碾压速度等指标进行全面监控，对出现的不合格信息及时预警，实现了在线质量过程控制及提前预警，能够达到实时监测的目的，保证路面施工质量。

路面压实质量动态监控系统；过程中控制；提前预警；施工质量

1 引言

在我国高等级公路的建设中，“过程控制”及“提前预警”对沥青混凝土路面的施工质量和路用性能具有重要作用。传统施工质量控制方法一般采用“事后控制”的模式，只能对完工后的沥青路面性能进行检测，这使得施工检测数据反馈时间较长，建设单位无法及时掌握施工质量情况。当发现质量问题时，只能对己完工的部分进行铲除重铺，既影响路面质量，又耽误工期，造成国家资源浪费严重[1-2]。针对路面施工过程质量控制中存在的薄弱环节，通过引用信息化远程监控系统进行施工过程质量信息的实时采集、传输、动态分析与判定，可实现沥青路面施工过程质量的全面控制[3-4]。

在国内外关于路面施工质量监控应用于沥青路面得到了很大的关注，在欧盟Brite-EuRam III计划的支撑下完成“计算机集成道路建设计划”相关研究，采取GPS（RTK模式）的定位功能，准确定位了压路机和摊铺机位置，并对施工准备、进行、及完成全过程进行了控制和管理[5]。国外众多组织和机构如美国联邦公路局（FHWA）、美国国家沥青研究中心（NCAT）、美国各州公路与运输官员协会（AASHTO）、美国运输研究委员会（TI）等都对沥青路面质量过程控制体系和方法的研究方面做过一定探索和尝试[6-7]。国内近年来也做了较多沥青路面施工质量过程控制的相关科学研究与应用工作，林通采用3G技术对路面质量进行远程监控，建立了施工各环节监控基本框架[8]。

本文依托临洮至渭源高速公路建设项目，采用路面压实质量动态监控系统对沥青路面现场施工的质量进行实时监控，对热拌沥青混合料摊铺和碾压进行监测，并严格控制混合料的碾压温度、碾压遍数、碾压速度等指标，全面提高公路路面的施工质量，加强施工的过程控制。

2 路面压实质量动态监控系统

图1 路面压实质量动态监控系统流程图

2.1 监控系统原理

路面压实质量动态监控系统是通过采用GPS差分卫星定位系统和温度传感器等对压路机在碾压过程中的各项数据信息进行采集和上传，并将采集到的数据结果与项目设定的碾压信息进行比较，从而确定合格与否。通过使用传感、移动通讯和互联网技术，将数据上传至服务器，在服务器上通过编制软件将采集到的相关数据信息进行分析和计算，得到碾压温度、碾压遍数、碾压速度的分析数据，将分析结果以实时图像的方式呈现在监控系统界面。

在施工过程中以GPS定位模块获得经纬度坐标，并以摊铺机为一个小型的数据中转站，对摊铺机和压路机的同步数据进行实时接收和传输。压路机的采集信息主要有碾压速度、碾压温度和碾压遍数，各个采集指标的合格与否均是以颜色的不同来区分，一般绿色为合格，红色为不合格，这样就比较快速的判断出施工质量的优劣，方便项目管理者及相关技术人员的查阅。

2.2 关键参数选取

沥青混合料的摊铺和压实是获得高质量、高路用性能沥青路面的关键工序，必须重视混合料的摊铺和压实工作。现场能否达到要求的高压实度主要取决于两在因素，一个是碾压时混合料温度；一个是压路机功率和数量。沥青混合料的温度可以通过一定的技术手段获得从而上传到监控系统中。压路机的功率和数量需要通过试验段来获得，压实功通过各个压路机的碾压遍数和碾压速度来保证，这样就可以通过控制碾压遍数和碾压速度确保面层施工的质量[9]。

因此，路面压实质量动态监控系统采集的关键参数有碾压温度、碾压遍数和碾压速度等。

3 施工质量数据分析

3.1 混合料碾压温度分析

根据对建设项目各标段现场碾压温度的采集，以三种类型混合料的碾压温度进行数据分析，路面一标抽取下面层ATB-25、路面二标为SUP-20、路面三标为SUP-13的数据。随机抽取18组碾压温度数据进行比较，每一组数据均代表当天碾压过程的平均值，如下所示。

图2 路面各标不同层级碾压温度变化图

路面各标段不同层级的沥青混合料碾压温度的所有样本点都分布相对均匀，基本上都控制在一个较好的范围内，各标段不同层级的碾压温度均值分别为143.09℃、164.01℃和163.37℃，符合规范要求。路面各标段不同层级沥青混合料的碾压温度均处于项目控制范围内，表明各标段在碾压过程中没有出现温度不合格的现象，施工过程控制较好。

3.2 混合料碾压遍数分析

本项目上确定的碾压组合为1台双钢轮初压2遍，2台胶轮复压4遍，1台双钢轮终压2遍的碾压工艺。对三种类型的混合料的碾压遍数的合格率进行数据分析，路面一标抽取下面层ATB-25、路面二标为SUP-20、路面三标为SUP-13的数据。随机抽取18组碾压遍数数据合格率进行比较，每一组数据均代表当天某一段压实遍数合格率的平均值，如下所示。

表2 路面各标段碾压遍数合格率部分监控结果值汇列

图3 路面各标段不同层级碾压遍数合格率变化图

在沥青混合料的碾压过程中，当碾压温度和碾压速度一定时，碾压遍数决定着沥青混合料施工过程中的压实效果。根据采集的碾压遍数变化图可以动态反映出沥青混合料碾压遍数的大体情况。路面各标段不同类型混合料碾压遍数合格率的所有样本点分布较为均匀，波动幅度小，变异性小，合格率基本上都控制在98%以上。

通过各标段不同层级的碾压图例可以看出碾压稍有欠缺的部分是路面的边缘处以及两台压路机中间的个别接缝处，符合现场碾压的实际状况。在施工过程中登录系统端口实时查看现场的碾压情况，对于碾压不到位或漏压的部位进行及时补压，迅速调整，保证施工质量。

图4 路面各标段不同层级碾压速度变化图

3.3 混合料碾压速度分析

在本项目上，所采取的最大碾压速度不超过2.5km/h。对三种类型的混合料的碾压速度进行数据分析，路面一标抽取下面层ATB-25、路面二标为SUP-20、路面三标为SUP-13的数据。随机抽取18组碾压速度数据进行比较，每一组数据均代表当天碾压过程的平均值，如下所示。

碾压速度影响振动轮对单位面积内沥青混合料的压实时间，碾压速度过高时，单位面积内的振动次数少，不可能达到较高的压实度，还会影响被碾压路面的平整度。当碾压温度和碾压遍数一定时，碾压速度影响着沥青混合料施工过程中的压实效果。路面各标段不同类型混合料碾压速度的所有样本点分布相对均匀，平均速度大都控制在1.7km/h左右。

3.4 预警信息设置

系统预警是当路面压实质量动态监控系统所采集到的各项数据信息与施工过程中设定的数据范围不相符合时所发送的预警信息，预警信息会及时以短信的形式发送到项目管理者及技术人员。管理人员根据采集到的不同信息分类进行相关查询，按照预警信息发送的频率进行统计，分析预警信息的具体原因，减少施工过程中出现的欠压、少压、温度过低等现象，查找原因，使问题能够快速解决。

表3 路面各标段碾压速度部分监控结果值汇列

4 结 语

（1）沥青混合料的碾压温度均处于项目控制范围内，碾压温度均值分别为143.09℃、164.01℃和163.37℃，各标段在碾压过程中没有出现温度不合格的现象，施工过程控制较好。

（2）沥青混合料碾压遍数合格率的所有样本点分布较为均匀，波动幅度小，变异性小，合格率控制在98%以上。碾压稍有欠缺的部分是路面的边缘处以及两台压路机中间的个别接缝处，符合现场碾压的实际状况。

（3）沥青混合料碾压速度的所有样本点分布相对均匀，平均速度大都控制在1.7km/h左右。

通过对路面压实质量动态监控系统所采集的数据进行分析，得到相关路段混合料的施工情况，全面评价了现场施工质量，将需要检测的质量数据及时的展现给项目管理者及技术人员，极大程度的节省人力物力成本和时间成本，将工程中的“事后管理”变为“过程中控制”及“提前预警”，极大提高了路面的施工质量及管理水平。

[1]强茂山，杨亮，邓焕彬. 高速公路建设项目集成化管理评价体系[J]. 清华大学学报，自然科学版，2010,50（9）：1369-1373.

[2]胡元鑫，刘新荣，李晓红. 基于监控量测的山岭隧道工程风险管理分析[J]. 岩土工程学报，2010,32（7）：1135-1140.

[3]王源，刘松玉，高磊. 高速公路路基工程施工与养护决策支持系统[J]. 合肥工业大学学报:自然科学版，2009,32（10）:1612-1615.

[4]张肖宁. 沥青混凝土路面施工的全面质量管理[J].公路,2005（2):56-60.

[5]J. L. Burati，C. S. Hughes.Highway Materials Engineering Module I:Materials Control and Acceptance-Quality Assurance, National Highway Institute Course No.13123. Federal Highway Administration，Washington，DC，2001.

[6]State Construction Quality Assurance Programs State Construction Quality，Assurance Programs NCHRP Synthesis 346. Transportation Research Board，Washington，DC，2005.

[7]Wu Junxia，Romero P. Analysis of Multivariate Models to Evaluate Segregation in Hot-Mix Asphalt Pavements[J]. Transportation Research Record，TRB，National Research Council，Washington D.C.，2004.

[8]林通，焦生杰，叶敏. 高速公路沥青路面远程智能监控系统[J]. 长安大学学报，2015，35（1）：26-32.

[9]郭大进，沙爱民，孙建华等. 沥青路面工程质量控制指标体系的研究[J]. 公路交通科技，2007，24（4）：71-74.

Research on application of dynamic monitoring system for pavement compaction quality

Based on the construction project of Lintao to Weiyuan expressway, the quality of on-site construction of asphalt pavement is monitored in real time by using dynamic monitoring system for pavement compaction quality, and the “post-event control” model adopted by traditional construction quality control is transformed into “process control” and “early warning”,the quality of the data collected in time to show the project manager and technical staff, greatly improving the road construction quality and management level.The results show that the on - line quality process control and early warning can be realized by monitoring the rolling temperature, rolling times and rolling speed of the hot mix asphalt mixture, and timely monitoring the unqualified information.To achieve the purpose of real-time monitoring to ensure the quality of road construction.

dynamic monitoring system for pavement compaction quality；process control；early warning；construction quality

B

1003-8965(2017)05-0062-04